yMinero, 120(2):197-214 ISSN:0366-0176 ... · delaOrden,J.A.etal., 2009.PosibilidadesderecargaartificialdelacuíferodeCrestatx(Mallorca)conexcedentesdelasUfanesdeGabellí.BoletínGeológico

de la Orden, J. A. et al., 2009. Posibilidades de recarga artificial del acuífero de Crestatx (Mallorca) con excedentes de las Ufanes de Gabellí. Boletín Geológicoy Minero, 120 (2): 197-214ISSN: 0366-0176

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Posibilidades de recarga artificial del acuífero deCrestatx (Mallorca) con excedentes de las Ufanes de

GabellíJ. A. de la Orden(1), J. M. Murillo(1), Catalina Sesmero(2) y Oscar Blasco(3)

(1) Instituto Geológico y Minero de España c/ Ríos Rosas 23. 28003. Madrid. Españ[email protected]; [email protected]

(2) Mina de cobre Las [email protected]

(3) [email protected]

RESUMEN

Se presenta un estudio sobre las posibilidades de recargar artificialmente el acuífero de Crestatx, en Mallorca, utilizando excedentes pro-cedentes de las fuentes Ufanes de Gabellí. Estas fuentes presentan un funcionamiento kárstico típico, caracterizado por una rápida res-puesta frente a las precipitaciones intensas, y drenan caudales muy elevados en períodos de tiempo cortos. Su régimen de funciona-miento es variable, en función de la pluviometría, pero aportan agua como media 6 ó 7 veces al año, con caudales que han llegado asuperar los 30 m3/s. Estas aguas circulan por el torrente de San Miguel hasta el mar, situado unos pocos kilómetros aguas abajo de losmanantiales. Esta circunstancia hace muy difícil el aprovechamiento hídrico de estos caudales, con el factor añadido de que alimentan,en su desembocadura, a una albufera natural y protegida conocida como Albufera de Alcudia. No obstante, existe la posibilidad de apro-vechar parte de los excedentes generados durante los episodios de descarga mediante la recarga artificial del acuífero de Crestatx. En elpresente artículo se presentan los primeros resultados sobre la viabilidad de aplicar esta técnica en el acuífero en estudio, así como losprimeros diseños de la instalación de recarga artificial.

Palabras clave: Crestatx, Mallorca, recarga artificial, sólidos en suspensión, Ufanes de Gabelli

Possibilities for artificial recharge in Crestatx aquifer (Mallorca) using water surplusesfrom Ufanes de Gabellí springs

ABSTRACT

In this paper we show an study about the possibilities of artificially recharge the Crestatx aquifer, in Majorca, using water surpluses fromUfanes de Gabellí springs. These springs are typically karstic, characterized by a very quick response to intense precipitation. Water flowsdrained are very high in very short time periods. The discharge pattern is very variable, depending on the rainfall pattern, but we can saythat, as an average, there are 6 or 7 drainage episodes per year. Recorded water flows have been up to 30 m3/s. Drained water is drivento the sea, a few kilometers downstream, by the Torrente de San Miguel. This makes very difficult to exploit the springs water resources,even more by the fact of in the river mouth there is a large wetland named Albufera de Alcudia, which is protected by the law. Neverthelessthere is a possibility to use a part of the surpluses to make the artificial recharge of Crestatx aquifer. In this paper, the first results of theartificial recharge feasibility study are shown, and too the first design of the future artificial recharge plant.

Key words: artificial recharge, Crestatx, Mallorca, suspended solids, Ufanes de Gabelli

Introducción

El acuífero de Crestatx constituye una estructura car-bonatada emplazada en las estribaciones meridiona-les de la sierra de Tramuntana, en la isla de Mallorca.Actualmente, se utiliza para abastecimiento urbanode las poblaciones costeras de la bahía de Alcudia,extrayéndose un volumen anual cercano al hectóme-tro cúbico. Es un acuífero aislado del mar y que, portanto, no presenta problemas de intrusión marina

(López-García y Mateos, 2003; MMA-IGME, 1997),registrando una calidad de agua excelente durante elperíodo histórico que abarca la explotación delmismo. En su límite sur está en contacto con la masade agua subterránea del Llano de Inca-Sa Pobla, for-mada por materiales detríticos cuaternarios. Existeuna transferencia de agua de manera natural entreambos acuíferos, desde Crestatx hasta el llano.Sobre la superficie del Llano de Inca-Sa Pobla se

ha desarrollado una agricultura que, con el tiempo,

ARTICULO 10:ART. El material tipo de la 8/10/09 10:53 Página 197

está induciendo problemas de contaminación en elagua subterránea por elevados contenidos en nitra-tos procedentes de las actividades agrícolas (Mateosy López-García, 2001; Wallis et al, 2007).Para paliar esta incipiente contaminación, se ha

planteado clausurar algunas explotaciones de aguaen el llano de Inca-Sa Pobla y sustituir el agua queactualmente explotan por agua procedente del acuí-fero de Crestatx. Esta actuación implicaría un incre-mento de extracciones en este último. Para compen-sar este incremento, y respetar los derechos deextracción actualmente existentes en Crestatx, se hapropuesto hacer una recarga artificial en el mismocon aguas procedentes de los excedentes de losmanantiales conocidos como Ufanes de Gabellí,situados pocos kilómetros aguas arriba de Crestatx ycon una calidad muy adecuada para los usos a que sedestina el agua del acuífero.Las operaciones de recarga artificial en la isla de

Mallorca ya se plantearon por primera vez en un estu-dio que se realizó conjuntamente por el ServicioGeológico de Obras Públicas (Ministerio de ObrasPúblicas), Instituto Geológico y Minero de España(Ministerio de Industria) e Instituto de Reforma yDesarrollo Agrario (Ministerio de Agricultura) (SGOP-IGME-IRYDA, 1973). En este informe se proponíanvarias actuaciones, entre las cuales figuraba el apro-vechamiento de excedentes pluviales para recargaartificial de acuíferos, haciendo hincapié en la difícilregulación de los mismos, dado el carácter marcada-mente torrencial que presentan. Las instalaciones derecarga artificial que se proponían estaban basadasen la utilización de pozos, balsas o represas en loscauces.También el Instituto Tecnológico Geominero de

España (ITGE, 1997; IGME, 1987) ha realizado estu-dios previos sobre la viabilidad de recargar artificial-mente varios acuíferos de la isla de Mallorca conrecursos superficiales captados en diferentes torren-tes de la isla, uno de los cuales es el torrente de SanMiguel.Además, la posibilidad de utilizar la recarga artifi-

cial en la gestión de los recursos hídricos de la isla secontempla en la Propuesta del Plan Hidrológico de laDemarcación de Baleares, en concreto en el progra-ma número 6, “Recarga Artificial de Acuíferos yAlmacenamiento-Recuperación” (DGRHGIB, 2008).Con objeto de poner en marcha la recarga artificial

en el acuífero de Crestatx, la Dirección General deRecursos Hídricos del Gobierno Balear y el InstitutoGeológico y Minero de España plantearon, a finalesde 2005, un estudio previo sobre la disponibilidad deexcedentes para la recarga artificial y un diseño inicialde una instalación que fuera capaz de tratarlos y

recargarlos en el acuífero. En esta publicación, se pre-sentan los primeros resultados de dichos estudios.

Metodología y análisis de los resultados

Caracterización geológica e hidrogeológica del acuí-fero de Crestatx.

El acuífero de Crestatx se localiza en la parte septen-trional de la isla de Mallorca, entre las poblaciones dePollensa y Sa Pobla. Desde el punto de vista orográfi-co, conforma una zona moderadamente montañosa,alargada en dirección NE-SO, de unos 8 km de longi-tud y 2,5 km de anchura, subparalela a la Sierra deTramuntana. En la misma pueden distinguirse dosconjuntos de relieves principales:• el área nororiental, culminante en el Puig de SonVila (327 m snm)

• el área suroccidental, o área de Crestatx propia-mente dicha, cuyas principales alturas son el Puigde Navarra (234 m snm), Puig de María (327 msnm), Puig des Fangar (191 m snm) y Puig de SantMiquelLa antigua Unidad Hidrogeológica de Crestatx está

actualmente subdividida en dos masas de agua sub-terránea diferentes: la 18.11 M4, Navarra, y la 18.11M5, Crestatx. Está constituida por materiales carbo-natados de edad Triásica y Jurásica pertenecientes auna serie de escamas tectónicas cabalgantes conorientación ENE-OSO del borde meridional de la sie-rra de Tramuntana. El nivel de despegue de las esca-mas es el Keuper, que desde el punto de vista hidro-geológico puede considerarse impermeable. El techode las escamas puede llegar a estar constituido pormateriales margosos del Dogger-Cretácico inferior debaja permeabilidad. Por tanto, el núcleo de las esca-mas está compuesto por materiales permeables, queson dolomías tableadas y carniolas del Triásico – Lías,y calizas y dolomías del Dogger – Lías. Estos materia-les carbonatados han sufrido procesos de karstifica-ción y constituyen los niveles permeables de la uni-dad. La presencia de materiales poco permeables delKeuper o del Cretácico entre las distintas escamasprovoca la compartimentación de la unidad en acuí-feros cuyo funcionamiento puede ser diferente enfunción de la posición de dichos materiales, si aflo-ran, subafloran o se encuentran a mayor profundi-dad.Desde el punto de vista geológico, el macizo de

Crestatx está constituido por cuatro unidades tectóni-cas o escamas principales y otra más pequeña (IGME,2008b), que en general presentan direcciones NE-SO,aunque en el extremo suroccidental del macizo se

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curvan un poco, adoptando direcciones N-S e inclusoNNO-SSE. De oeste a este, estas unidades y los acci-dentes tectónicos que las separan son los siguientes(figura 1) (DGRHGIB, 2008):• Unidad o escama del Puig de San Miguel.• Unidad o escama de Puig Caselles – Puig de SonCorró.

• Unidad o escama del Puig de Navarra – Puig deMaría – Puig d’es Fangar.

• Unidad o escama del Pujol d’en Font – Ses Paretesde Moros.

• Unidad de Crestatx.Desde el punto de vista hidrogeológico, se han

definido dos acuíferos: el acuífero de Navarra y el acu-ífero de Crestatx. El acuífero de Navarra está consti-tuido por las tres primeras escamas de las citadas enel párrafo anterior y el de Crestatx por las dos últimas.El modelo de funcionamiento hidrogeológico es

muy similar en ambos acuíferos: la recarga se produ-ce por la infiltración de la precipitación y las salidasse producen por transferencias subterráneas entresectores o a otras masas de agua subterránea y por

bombeos. Éstos últimos son de 0,26 hm3/año en elacuífero de Navarra, destinados al abastecimientourbano de Campanet, y de aproximadamente 1,25hm3/año en el acuífero de Crestatx, mayoritariamentedestinados también al abastecimiento urbano. Por loque respecta a las salidas subterráneas, en el acuífe-ro de Navarra se producen en dos direcciones, comoconsecuencia de la existencia de una divisoria hidro-geológica: por una parte hacia el NE, y por otra haciael sur, al Llano de Inca-Sa Pobla. El acuífero deCrestatx solo tiene transferencias subterráneas haciael Llano de Inca-Sa Pobla. En este acuífero existe undrenaje natural a través del manantial de S’Ull, en elborde este, inactivo desde que comenzó la explota-ción del mismo.El acuífero que se pretende recargar es el de

Crestatx, ya que su actual explotación ha originado laexistencia de suficiente capacidad de almacenamien-to libre como para admitir el agua de recarga, lo cuales la condición previa que debe cumplir cualquieracuífero para poder ser recargado artificialmente(Custodio, 1986).

Figura 1. Esquema geológico e hidrogeológico del macizo de CrestatxFigure 1. Geological and hydrogeological scheme of Crestatx aquifer


Estudio de excedentes hídricos disponibles a partirde la descarga de las fuentes Ufanes de Gabellí.

Las Fonts Ufanes se encuentran situadas en la fincade Gabellí Petit, en el término municipal de Campanety constituyen una fuente vauclasiana con surgenciasintermitentes producidas por el desbordamiento delacuífero carbonatado Ufanes. Las descargas se pro-ducen de forma difusa y como respuesta a fuertes llu-vias sobre los afloramientos del acuífero. El caudalsurgente es recogido por el arroyo de San Miguel, elcual desemboca finalmente, después de atravesar lallanura de Sa Pobla en la Albufera de la Alcudia, en elsector noreste de la isla de Mallorca.Desde el año 2001, Las Fonts Ufanes de Gabellí

fueron declaradas espacio natural protegido por lacategoría de Monumento Natural, con una extensióntotal de 50,19 hectáreas (BOIB, 2001). Con el objetivode proteger este entorno singular, la finca pasó a serpropiedad de la Consejería de Medio Ambiente delGobierno de las Islas Baleares en el año 2005.En el análisis del régimen de aportaciones de las

Fuentes de Les Ufanes se han tomado los datos de laestación de aforos nº 11/04 Torrent de San Miquelperteneciente a la red foronómica oficial de laConsejería de Medio Ambiente del Gobierno Balear,de la cual, ha sido posible disponer de una serie his-tórica de 31 años de aportaciones diarias que com-prende desde el año hidrológico 1976-1977 hasta elaño hidrológico 2006-2007, lo que supone un total de11.323 registros.Partiendo del análisis estadístico de la serie de

aportaciones mensuales de esta estación, se ha esta-blecido, mediante la aplicación de la función deGoodrich, la distribución de frecuencias de las apor-taciones correspondientes a las descargas de lasfuentes de Les Ufanes. Este análisis ha permitido esti-mar que las aportaciones correspondientes a un añopluviométricamente de tipo seco son menores que2,8 hm3/año, las correspondientes a un año de tipohúmedo mayores que 21,5 hm3/año, y las correspon-dientes a un año medio las situadas entre ambosvalores. La tabla 1 muestra la serie de los valores deaportación de la estación 11/04 y su análisis estadísti-co.Del estudio de esta serie, se pueden extraer una

serie de características que se resumen a continua-ción:• Del total de días registrados (11.323 días), el 67,5%(7.653 días) el caudal es nulo.

• Las descargas se producen, por lo general entrelos meses de diciembre a mayo.

• Los valores medios mensuales más altos corres-ponden a los meses de diciembre, con una aporta-

ción media de 3,22 hm³, enero con una aportaciónmedia de 3,06 hm³ y febrero con una aportaciónmedia de 2,15 hm³ .

• Los meses de diciembre, enero y febrero concen-tran el 52% de las aportaciones medias anuales.

• Los valores medios mensuales más bajos se regis-tran en los meses de julio con una aportaciónmedia de 0,03 hm³, agosto con una aportaciónmedia de 0,07 hm³ y septiembre con una aporta-ción media de 0,11 hm³.

• La velocidad de descarga es rápida, produciéndo-se por lo general en periodos inferiores a un mes.La atenuación total de la descarga se produce porlo general en periodos de 18 a 20 días, aunquemuchas veces el manantial deja de fluir pasados 5ó 6 días desde que comienza a hacerlo.

• El caudal instantáneo máximo registrado corres-ponde a 33 m³/s y el mínimo de 0,03 m³/s, siendoel valor medio de 0,6 m³/s. El percentil 75 corres-ponde a 2 m³/s y el de 90 a 3,5 m³/s.En la serie disponible se han detectado un total de

6 años secos, considerando como años tipo secoaquellos que presentan una aportación anual inferioral valor correspondiente al 25% de la probabilidadcorrespondiente a la función de distribución ajustadapara la serie de aportaciones utilizada; 10 años húme-dos, en los que el valor de la aportación anual regis-trada es superior al valor correspondiente al 75% dela probabilidad de la función de distribución ajustadapara la serie de aportaciones utilizada y 15 añosmedios en los que el valor de la aportación anual seencuentra comprendida entre los valores correspon-dientes al 25 y 75% de la función de distribución ajus-tada.Se ha realizado un análisis de eventos tipo de des-

carga del manantial para diferentes episodios de fun-cionamiento. En la figura 2 se muestra la forma de unhidrograma típico de la descarga del manantial anteun evento fuerte de precipitación. Esta figura da unaidea de la dificultad de regular los caudales drenadospor el manantial, tanto por razón de su magnitudcomo por la poca duración de los mismos. Esteaspecto es muy importante de cara al diseño de lainstalación de recarga artificial.Por tanto, los caudales potencialmente aprovecha-

bles para la recarga artificial del acuífero de Crestatxson los que se muestran en la tabla 1, haciendo la sal-vedad de que hay que respetar el caudal ecológiconecesario para el mantenimiento de la Albufera deAlcudia. Los caudales ecológicos no han sido defini-dos hasta ahora, ni en el Plan Hidrológico de las IslasBaleares ni en estudios previos. Por tanto, su estima-ción es uno de los pasos previos pendientes al dise-ño final de la instalación.


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Dado que uno de los condicionantes más impor-tantes para la recarga artificial es el problema de lacolmatación, y más en instalaciones de tipo pozo osondeo, como las que se prevé construir para recar-gar este acuífero, se ha considerado de especial inte-rés para este estudio comparar los valores de aporta-ciones proporcionados por los manantiales con sucontenido en sólidos en suspensión. Para ello, y dadoque no existen datos históricos sobre este parámetro,

se realizó una campaña de medidas durante el even-to de descarga registrado durante los días 16 a 20 deabril de 2007, con objeto de correlacionar en la medi-da de lo posible el caudal con el contenido en sólidosen suspensión. Los valores obtenidos se muestran enla tabla 2.En total se tomaron 5 muestras. La distribución

temporal de las aportaciones descargadas por elmanantial durante el episodio estudiado, de 4 días de

Tabla 1. Aportaciones registradas en la estación de aforos 11/04Table 1. Water inflow measured in 11/04 gaugue station


duración, muestra (figura 3) que el mismo correspon-de a una única descarga que se atenúa en un espaciode 10 días, respondiendo perfectamente al modelohidrogeológico de funcionamiento de las fuentes delas Ufanes.Con estos datos, se ha construido una curva de

regresión que relaciona el caudal con los sólidos en

suspensión para este evento concreto. La ecuacióncorrespondiente a dicha curva de regresión corres-ponde a la siguiente ecuación exponencial (figura 4):

Ss=0,260e0,36338q (1)

Donde:Ss es el contenido en sólidos en suspensión en mg/ly q es el caudal en m³/s circulante por el Torrent SanMiquel a la altura de la estación de aforos 11/04La extrapolación de esta ecuación a toda la serie

histórica de aportaciones registrada en la estación deaforos 11/04 (octubre de 1967 y septiembre de 2007),permite generar una serie temporal sintética diaria deaportaciones de sólidos en suspensión. En general, lavalidez de esta extrapolación es discutible, puestoque se ha utilizado un único evento para extrapolaruna serie de 31 años. Lo que ocurre es que ha habidoque utilizar esta forma de trabajar puesto que sola-mente se dispone de la relación caudal-contenido ensólidos en suspensión para un único evento. Una vezgenerada esta serie sintética, aplicando la curva deregresión construida a la serie de aportaciones dia-


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Figura 2. Hidrograma típico de un evento de descarga de las fuentes Ufanes de GabellíFigure 2. Typical hydrograph of a discharge event of Ufanes de Gabelli springs

Tabla 2. Contenido en sólidos en suspensión de las muestras toma-das en el torrente de San Miguel durante el evento del mes de abrilde 2007Table 2. Suspended solids contents in water samples taken in theSan Miguel torrent during the discharge of april 2007



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rias del manantial Ufanes de Gabellí, se ha realizadosobre la misma un análisis estadístico cuyos resulta-dos se muestran en la tabla 3.El análisis de la serie muestra que el contenido

medio en sólidos en suspensión es de 56 mg/l y elvalor máximo de 47.891,5 mg/l, aunque es importan-te mencionar que este valor máximo extremo es con-secuencia del carácter exponencial de la curva de

Figura 3. Caudal circulante en el Torrent San Miquel durante el episodio de descarga de abril de 2007 y contenido de sólidos en suspen-sión de las muestrasFigure 3. Water inflow of San Miguel torrent during the discharge event of april 2007, and suspended solids content of the water samples

Figura 4. Curva de regresión caudal circulante vs contenido en sólidos en suspensiónFigure 4. Regression curve, water inlow vs. suspended solids content


ajuste empleada, de forma que como se observa en latabla 3 el 99% de las muestras presentan un conteni-do en sólidos en suspensión por debajo de 64,95mg/l, siendo este valor excepcional y relacionado conel mayor dato de aportación registrado en la serie,que fue de más de 30 m³/s. Estos valores no tienendemasiado sentido físico, ni pueden tomarse comocondicionantes de la operación de recarga artificial.Lo único que indican es una operación matemáticasobre una serie temporal de datos en la cual, los cau-dales máximos registrados presentarían una cantidadde sólidos en suspensión teórica como la que semuestra en la tabla 3. Esos caudales son excepciona-les y, por supuesto, su aprovechamiento en la insta-lación de recarga artificial está totalmente descarta-do. Asimismo, el valor promedio está muyinfluenciado por estos valores máximos, con lo cualtiene poca representatividad del fenómeno físico quese está estudiando. Los valores más útiles de la tabla3 son los percentiles, que sí dan una idea más apro-ximada de cómo se comporta el contenido de sólidosen suspensión en función del caudal circulante. Enconcreto, el análisis realizado indica que el 85% de loscaudales circulantes presentan un contenido en sóli-dos en suspensión menor de 0,71 mg/l, que sí leshace perfectamente utilizables para la recarga artifi-cial.

Diseño de la instalación de recarga artificial

La localización prevista para la instalación de recargaes la zona en donde están actualmente las captacio-nes que se utilizan para abastecimiento urbano de lacosta de la bahía de Alcudia. Los motivos de estaselección son fundamentalmente administrativos, yaque en esta zona se concentran las concesiones deexplotación, y en la misma zona se autorizaría el

incremento de las mismas una vez recargado el acuí-fero. Serán por tanto los parámetros hidrodinámicosque definen el acuífero de Crestatx en esta zona(IGME, 2007) los que determinen los parámetros dediseño de la planta de recarga artificial. A continua-ción se incluyen las principales características hidro-dinámicas del acuífero de Crestatx deducidas a partirde los resultados obtenidos en los estudios previosrealizados por el IGME (IGME, 2008a; IGME, 2008b;IGME, 2006a):• La unidad de Crestatx se comporta como un acuí-fero calcáreo único de funcionamiento libre y depermeabilidad secundaria por fisuración y karstifi-cación.

• En planta, el acuífero se acuña hacia el norte, enlas proximidades de Puig Son Vila, incrementandosu anchura hacia el sur, ocupando una superficieaproximada de 6,3 km².

• La cota del muro impermeable oscila entre unmínimo de 175 m, b.n.m. en la zona norte del acu-ífero, y un máximo de 800 m, b.n.m. en las proxi-midades del núcleo de población de Crestatx.(IGME, 2006). En el entorno donde está previstoubicar la planta de recarga artificial el muro delacuífero se sitúa en torno a 700 m b.n.m.

• La dirección principal del flujo subterráneo es deoeste a este, hacia la mitad del límite este del acuí-fero, donde se localiza el cono de bombeo provo-cado por los sondeos de abastecimiento localiza-dos en el núcleo de Crestatx y también hacia launidad acuífera del Llano de Sa Pobla en contactocon el acuífero de Crestatx por el límite sur ysureste. (IGME, 2008b)

• La piezometría varía entre niveles superiores a 20m s.n.m. en el límite oeste del acuífero y nivelesinferiores a -20 m s.n.m. en la zona influenciadapor los bombeos. (IGME, 2008b). En el entorno dela ubicación proyectada para la planta de recarga,la superficie piezométrica estaría comprendidaentre valores de -10 y -20 m s.n.m y el espesorsaturado entre valores de 680 y 690 m

• El gradiente hidráulico varía entre valores inferio-res al 1% en la mitad occidental y valores superio-res al 6% en la zona influenciada por los bombeos.(IGME, 2008b). La porosidad eficaz de las forma-ciones permeables se estima entre valores de 0,5y 3%. (IGME, 2006a)

• De la interpretación de los ensayos de bombeorealizados en abril de 2007, sobre la formación decalizas y dolomías que constituyen el acuífero deCrestatx, en el entorno próximo donde se proyec-ta construir la planta de recarga, se obtuvo unvalor de transmisividad del acuífero de Crestatx de400 m²/d, lo que suponiendo un espesor saturado


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Tabla 3. Valores estadísticos de la serie sintética de contenidos ensólidos en suspensiónTable 3. Statistic analysis of the sinthetic sequence of suspendedsolids content



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de 685 m, supone valores medios de permeabili-dad de 0,5 m /d (IGME, 2007).

• La explotación actual del acuífero se cifra en tornoa 1-1,5 hm³/año. (IGME, 2008b)El dispositivo de recarga que se propone para el

acuífero de Crestatx consta de los siguientes elemen-tos:• Elementos de regulación y decantación- Embalse de regulación (Cantera de ComaS’aigua)

- Dispositivo de decantación (humedal artificial)• Elementos de conducción.- Captación- Conducción desde la captación al elementointermedio de regulación

- Aliviadero- Conducción desde el embalse de regulaciónhasta el dispositivo de decantación

- Impulsión desde el dispositivo de decantaciónhasta la planta de recarga.

• Planta de recarga

- Sondeos de inyección- Dispositivos de medida y controlEn la figura 5 se muestra la localización, con base

de fotografía aérea, de todos los elementos propues-tos.El dispositivo de recarga artificial diseñado consti-

tuye un sistema mixto, en el que se combinan infraes-tructuras hidráulicas superficiales y subterráneas,aprovechando de esta forma los factores positivostécnico–ambientales que proporcionan cada uno delos sistemas. Por un lado las infraestructuras superfi-ciales permiten la captación, transporte y regulaciónde los recursos de una manera rápida y controlada, almismo tiempo que se reutiliza un espacio medioam-bientalmente degradado, como es la cantera deComa de S’aigua (figura 6) y se crea un humedal arti-ficial que funciona como infraestructura de decanta-ción, otorgando, de esta forma, un valor ecológico ysocial añadido al entorno. Por otro lado, la utilizaciónde pozos de inyección permite reducir costes deinversión, al necesitar mucho menos suelo, muy caro

Figura 5. Localización de los elementos del dispositivo de recarga artificial propuestoFigure 5. Location of all devices of the artificial recharge plant proposed


en la isla de Mallorca, que las infraestructuras derecarga de tipo superficial.El dimensionamiento de los elementos integrantes

del dispositivo de recarga se ha llevado a cabo consi-derando distintas hipótesis o escenarios de trabajo enlos que se ha contemplado, por un lado, los factoresintrínsecos derivados de la naturaleza del acuíferoreceptor y del recurso a inyectar, descritos en losapartados anteriores, y por otro, la capacidad deregulación del sistema derivado de la capacidad deembalse del elemento regulador (Cantera de ComaS’aigua). A continuación se describen brevementecada uno de los elementos considerados en la plantade recarga.

Conducciones

Todas las conducciones, salvo el aliviadero del ele-mento de regulación, deberán ir instaladas en unazanja excavada de forma paralela al terreno con unaprofundidad media de 3 m. Los taludes de excavaciónde la zanja serán 1H: 5V, salvo en condiciones espe-ciales en las que la falta de resistencia del terrenoobligue a trabajar con taludes mayores. En los crucescon el Torrent de San Miquel, los taludes de excava-ción de la zanja serán 1H: 1V, y la tubería será cubier-ta de hormigón hasta una altura mínima de 30 cm porencima de la misma para evitar problemas de corro-sión. El resto de la zanja será cubierta con áridos degranulometría gruesa.Dentro de la zanja, las tuberías deberán apoyarse

sobre una cama de arena de 15 cm de espesor míni-mo y estar recubiertas con material seleccionadohasta un mínimo de 15 cm por encima de la tubería.En los cruces con caminos y carreteras el recubri-miento de material seleccionado cubrirá la tubería, almenos, 30 cm. El resto de la zanja podrá ser cubiertacon relleno ordinario. El ancho de la base de la zanjaserá 80 cm superior al diámetro de la tubería.

Elemento de regulación. Cantera de Coma de S’aigua.

La cantera de Coma de S’aigua, en la actualidad inac-tiva, se localiza al este de las fuentes de las Ufanes deGabellí en el municipio de Campanet. Se sitúa sobrelos materiales carbonatados del Jurásico y durante superiodo activo se destinaba a la extracción de áridos.Estos materiales presentan un elevado grado de fisu-ración, condicionada por su génesis, incrementadopor el método extractivo utilizado.En el marco del presente estudio se ha valorado la

utilización de la cantera Coma S’aigua como disposi-tivo de regulación. Como paso previo al análisis de laviabilidad de su utilización se consideró necesarioabordar un estudio geotécnico para determinar laestabilidad de sus taludes y realizar un levantamientotopográfico de detalle de la cantera que permitieracubicar con precisión la capacidad de almacenamien-to de la misma (IGME, 2006b).A partir del levantamiento topográfico de detalle

de la cantera de Coma S’aigua se ha generado unmodelo digital del terreno (MDT) que ha permitidoelaborar la curva de embalse de la cantera en el esta-do actual y conocer el volumen de embalse disponi-ble en función de la cota de llenado hasta la cota derebose natural. Asimismo, se proponen dos alternati-vas para incrementar el volumen de la cantera, basa-das en la construcción de un muro en el borde sur dela misma. La primera de ellas considera construir unmuro de 5 metros de altura, y la segunda, de 10. Deesta manera, se podría incrementar al volumen deagua que la cantera es capaz de regular.La cota de rebose, en el estado actual, correspon-

dería a 41 m s.n.m, mientras que la cota del fondo dela cantera es del orden de 25 m s.n.m. Por otro lado,en los cálculos de regulación y en la estimación de lacapacidad de embalse de la cantera es necesariotener en cuenta, a su vez, que en este tipo de infraes-tructuras de almacenamiento de agua se debe man-tener un volumen mínimo de resguardo que garanti-ce la seguridad y evite que se produzca elrebosamiento del embalse por la coronación, ante laposible generación de oleaje o ante eventos extraor-dinarios de precipitación, a pesar de que la entrada


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Figura 6. Vista de la cantera de Coma de S’aigua, a utilizar comoelemento de regulación y almacenamientoFigure 6. Coma de S’aigua quarry. It will be used as regulation andstorage device



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de agua en el embalse desde la toma estará controla-da.La altura de resguardo (Ru) se estima a partir de la

expresión siguiente (Dal-Re Tenreiro, 2003):

Ru=Ru1+Ru2

Donde:Ru1 corresponde a la altura máxima, en metros, deoleaje calculada mediante la expresión:

Ru1=0,9*F1/4

Siendo F (Fecht) la longitud máxima de la lámina librede agua estimada para la cota correspondiente alembalse lleno expresada en km. Ru2 corresponde al3% de la altura máxima, en metros, del embalse.Los cálculos realizados indican que la altura de

resguardo sería 1,1 m para la cantera sin recrecer; de1,2 para la cantera con el muro de 5 m, y de 1,4 mpara la cantera con el muro de 10 m.De esta forma, el nivel máximo de embalse que se

podría alcanzar en el estado actual de la cantera seríade 40 m s. n.m. Considerando que la cota mínima deembalse útil es de 25 m s.n.m, la capacidad de embal-se máxima de la cantera de Coma de S’aigua en elestado actual sería de 42.080 m³.La construcción de un muro de 5 metros por enci-

ma de la cota de rebose natural, supondría incremen-tar la capacidad de embalse en 58.024,5 m³ (capaci-dad total de embalse de 100.105,366 m³ y cotamáxima de llenado de 44,8 m s.n.m.) y la construc-ción de un muro de 10 m de altura por encima de lacota de rebose natural, supondría un incremento dela capacidad de embalse de 175.178 m³ (capacidadtotal de embalse de 217.259 m³ y cota máxima de lle-nado de 49,6 m s.n.m).También se ha estimado la evolución de la sedi-

mentación en el fondo de la cantera con el objetivo deanalizar la disminución de la capacidad de embalsecomo consecuencia de la deposición de los sólidos ensuspensión aportados por el agua procedente de lasFuentes Ufanes de Gabellí. Los cálculos realizados,siguiendo la metodología que se expone en elsiguiente párrafo, muestran que el 2% del sólido ensuspensión del agua procedente de las fuentes de lasUfanes, decanta en el embalse de regulación, lo quesupone un promedio de 0,15 toneladas al año.Considerando una densidad media de las partículassólidas de 2,65 g/cm³ y una porosidad para el lodoque se genera en el fondo a partir de las partículasdecantadas del 30%, se estima que el volumen mediode lodos generado al año es de 0,072 m³. Para un

periodo de vida útil del dispositivo de recarga artifi-cial de 15 años el volumen total de lodos acumuladoen el fondo sería de 1,08 m³, lo que supondría unaaltura de la capa de lodos sobre el fondo del embalsede tan sólo 0,01 m. Por lo que se puede considerarque la pérdida de capacidad de embalse por este con-cepto es prácticamente nula.

Elemento de decantación. Humedal artificial

No existe unanimidad en el criterio respecto del con-tenido máximo de sólidos en suspensión en el aguaadmisible en instalaciones de recarga profunda. PeterDillon (Dillon, comunicación verbal), considera quedicho valor puede ser muy variable, en función de lalitología y tipología del acuífero receptor y funda-mentalmente de la composición mineralógica y delestado físico en que se encuentra la materia en sus-pensión. En general dicho autor considera que seacepta comúnmente que no debe recargarse en son-deos agua con un contenido en sólidos en suspen-sión superior a 1 mg/l. Sin embargo, otros autores(Pyne, 1995), hablan de un contenido máximo de sóli-dos en suspensión a la entrada de los sondeos derecarga de 2 mg/l.Para diseñar el elemento de decantación, el pará-

metro fundamental de diseño es el contenido en sóli-dos en suspensión, tanto a la entrada como a la sali-da. Con los criterios establecidos en el párrafoanterior, en este caso se ha dimensionado el elemen-to para que dicho contenido a la salida, y, por tanto, ala entrada de los sondeos de recarga, sea de 2 mg/l.Por tanto, se propone limitar la entrada en el sistemade recarga proyectado, de aquellos caudales con con-tenidos en sólidos en suspensión superiores a 2 mg/l,que serán desviados de los sondeos de recargamediante los oportunos sistemas de control.La sedimentación de partículas discretas no flocu-

lantes está regida por la acción de la gravedad y portanto el tamaño de los dispositivos de decantación obalsas de sedimentación será aquel que permita queel tiempo de transito de la partícula entre el punto deentrada y el de salida sea superior al tiempo necesa-rio para que la partícula se deposite en el fondo de labalsa de decantación.La velocidad de sedimentación de la partícula (VC)

puede calcularse utilizando la ley de Stokes a partirde la expresión:

Dónde g es la aceleración de la gravedad, ρ es la den-

Vg S d

c = −*( )*ρµ

2

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sidad del fluido, S es la densidad de la partícula, d es eldiámetro de la partícula y µ es la viscosidad del fluidoEl área transversal al flujo de la balsa de decanta-

ción (A) requerida para que decanten todas las partí-culas de velocidad de sedimentación Vc o inferiorpara un caudal de entrada a la balsa Q se determinamediante la expresión:

En el dimensionamiento de los sistemas de sedi-mentación no ha sido posible disponer de datossobre el tamaño medio de las partículas en suspen-sión del agua procedente de las Ufanes, por lo que seha considerado que el 100% de las partículas conteni-das presenta el tamaño mínimo decantable (0,02 mm)y una densidad de partícula de 2,65 g/cm³, a fin deconsiderar la peor de las situaciones posibles. Lavelocidad de sedimentación (Vc) para la que se handimensionado los dispositivos de sedimentación es,por tanto, de 0,01 cm/s. Esta simplificación ha sido

necesaria por la ausencia de datos disponibles acercadel tamaño y forma reales de los sólidos en suspen-sión del agua de las Ufanes.Como caudal de entrada (Q) en los dispositivos de

sedimentación, se han tomado los caudales de inyec-ción considerados en los escenarios de regulacióndefinidos a partir de los resultados de un modelomatemático de flujo elaborado al efecto (IGME, 2009),que proporciona un caudal máximo recargable en elacuífero de 100 l/s.Mediante el empleo de la curva sintética caudales-

contenido en sólidos en suspensión generada a partirde la ecuación (1), se ha calculado que el caudalcorrespondiente a una carga de sólidos en suspen-sión de 2 mg/l es de 5,61 m³/s. De esta forma, cuandoel caudal circulante sea superior a 5,61 m³/s se proce-derá al cierre de la válvula situada en la toma, evitan-do la entrada en la conducción hacia el embalse deregulación y permitiendo que circule por el torrente.El agua captada, antes de llegar al dispositivo de

decantación se almacena previamente en el embalsede regulación, donde experimentará un primer proce-


208

Figura 7. Humedal artificial propuesto como elemento de decantación previo a los sondeos de recargaFigure 7. Artificial wetland proposed as decantation pond previous to recharge boreholes

AQVc

=



209

so de decantación. La sección transversal del embal-se de regulación, en el punto de entrada de la con-ducción, que discurre desde la toma a la cantera deComa S‘áigua, es de 672 m². El caudal máximo deentrada en el embalse, de los considerados en losescenarios de regulación planteados, es de 3 m³/s(259200 m³/d) y la velocidad de decantación de laspartículas considerada es de 0,01 cm/s (8,64 m³/m²d).A partir de la ecuación 2 se calcula que para que seproduzca la sedimentación del 100% de las partículassería necesario un área de entrada en la cantera de30.000 m². Dado que la sección transversal de entra-da es de tan sólo 672 m³ y considerando un conteni-do inicial de sólidos en suspensión es de 2 mg/l, seestima que el 2,24% del dicho contenido inicial desólidos en suspensión en el agua procedente de lasUfanes se decanta en el embalse de regulación, loque supone 0,045 mg/l.Además de la recarga artificial del acuífero de

Crestatx, el diseño de la instalación persigue tambiénel objetivo de recuperar espacios degradados e inte-grar, en la medida de lo posible, los dispositivos del

sistema de recarga en el entorno. Por esta razón se haproyectado un dispositivo de decantación que almismo tiempo que cumple su finalidad técnica, per-mita crear un espacio natural que simule un humedalartificial constituido por un grupo de lagunas conec-tadas entre sí.De esta forma se ha diseñado un sistema consti-

tuido por un total de 7 balsas de decantación, dis-puestas tal y como se observa en los esquema de lafigura 7. Los parámetros operativos del humedal arti-ficial se muestran en la tabla 4. La altura máxima dela lámina de agua en cada balsa sería de 2,5 m y laaltura total de la balsa de 3 m.El fondo de las balsas se construirá con una incli-

nación de 0,5% con objeto de facilitar la evacuacióntotal de agua, cuando sea necesario acometer tareasde limpieza del fondo o mantenimiento. El diámetrode las conducciones se corresponderá con los utiliza-dos en la conducción desde el embalse de regulaciónhasta las balsas de decantación, dimensionados enfunción del caudal de infiltración de la planta derecarga. Las tuberías se colocarán en zanjas y conuna pendiente mínima de 0,5% para garantizar la cir-culación por gravedad entre las distintas balsas. Estastuberías dispondrán en su embocadura, situada en elinterior de cada balsa, de un sistema de toma de aguaconstituido por un bulbo enrejillado o alcachofa,situado por encima del fondo de la balsa.Además del circuito de conexión principal, las bal-

sas de decantación estarán conectadas por un siste-ma alternativo que permitirá desconectar del circuitoprincipal las balsas de forma independiente, lo quepermitirá llevar a cabo la limpieza y mantenimientode las balsas, sin necesidad de paralizar el proceso derecarga y permitirá utilizar circuitos alternativos conmenor capacidad de sedimentación, cuando los valo-res de contenido en sólidos disueltos sean inferioresa los previstos en el dimensionamiento del sistemade decantación.Las balsas de decantación se han situado sobre los

materiales impermeables del Retiense. No obstante,para garantizar la impermeabilidad del dispositivo serecomienda, una vez terminada la excavación, com-pactar el terreno.Como elementos de protección exterior se dispon-

drán losas de hormigón sobre el fondo de las balsasy de escollera de roca de 0,3 m de diámetro, en lostaludes internos, los cuales serán excavados con pen-diente 3H:1V. Las losas de hormigón en el fondo per-mitirán la entrada de maquinaria para llevar a cabolas tareas de limpieza y eliminación de los lodos delfondo, mientras que los laterales revestidos con esco-llera aportarán un aspecto más natural a las balsas dedecantación.

Tabla 4. Parámetros operativos del humedal artificialTable 4. Working parameters of the artificial wetland


Por otro lado, será necesario dotar las balsas dedecantación de sistemas auxiliares de drenaje y deevacuación de gases que permitan mantener la esta-bilidad del vaso, evitando cambios de estado en lascondiciones naturales del terreno que pudieran pro-vocar deformaciones del terreno en la base y los talu-des internos.Las balsas estarán dotadas de una rampa de acce-

so de 4 m de ancho que permita la circulación de lamaquinaria de mantenimiento y limpieza. El terraplénestará revestido por una capa de hormigón para faci-litar el tránsito de la maquinaria.Finalmente las balsas estarán dotadas de cuerdas

anudadas de material resistente a las condiciones deintemperie y a las situaciones alternas de sequedad-humedad que faciliten la evacuación en caso de caídaaccidental.

Sondeos de recarga

En el diseño de los sondeos de recarga artificial pro-gramada se ha considerado un caudal de inyecciónde 100 l/s que, como se ha señalado anteriormente,es el único que, según el modelo matemático elabo-rado, y dadas las condiciones hidrodinámicas delacuífero, es técnicamente viable.La serie de caudales utilizada para simular los

efectos de esta hipotética recarga artificial correspon-de a los últimos 15 años de la serie de caudales dis-ponible obtenida en el análisis de la capacidad deregulación de la cantera de Coma S’aigua.Los parámetros hidrodinámicos utilizados en los

cálculos proceden de los estudios previos realizadospor el IGME (IGME, 2007) y se incluyen en la tabla nº5Los resultados obtenidos en los cálculos realiza-

dos para simular la hipótesis de recarga artificial ana-

lizada muestran que será necesario construir unúnico punto de inyección, constituido por un sondeoprincipal y un sondeo auxiliar de 450 m de profundi-dad y con un diámetro de 600 mm. En las estimacio-nes realizadas, se ha considerado que el caudal debombeo en las labores de limpieza es el doble que elcaudal de inyección, esto es, 200 l/s y que estos bom-beos de limpieza se llevarán a cabo cada 6 días deinyección, de forma que el volumen de limpieza supo-ne un 33% del volumen de inyección total.En la tabla 6 se incluyen los resultados de los cál-

culos realizados. Como se observa en dichas tablas,el total de días al año en los que es posible efectuarla recarga de 100 l/s, varía entre un mínimo de 17 díasy un máximo de 216. El volumen inyectado al cabo delos 15 años de funcionamiento ha sido de 14,81 hm³,lo que supone una media anual de 0,98 hm³/año. Elvolumen de bombeos de limpieza sería de 4,48 hm³,lo que supone un promedio anual de 0,32 hm³/año.En la figura 8 se muestra la evolución de los nive-

les piezométricos en el punto de inyección que seobtendría como respuesta ante las condiciones deinyección indicadas en la hipótesis de recarga. Lasvariaciones piezométricas oscilan entre una cotamáxima del orden de 16,5 m s.n.m y una cota mínimadel orden de -53 m s.n.m, siendo la variación especí-fica máxima del orden de 1,7 mPor último, se ha analizado la capacidad de regu-

lación del sistema para la hipótesis de recarga artifi-


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Tabla 5. Parámetros utilizados en el cálculo de la batería de sonde-osTable 5. Parameters used for boreholes design

Tabla 6. Resultados de la simulación de la hipótesis de recarga con-sideradaTable 6. Results of the simulation of the artificial recharge hypoth-esis considered



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cial planteada, es decir, una capacidad del embalse deregulación de 0,042 hm³ y un caudal de inyección de100 l/s. Los resultados obtenidos son los siguientes:

- volumen regulado: 1,14 hm³/año- garantía de suministro del recurso en la planta deinyección: 36,4 %

- días de funcionamiento al año: 133

Resumen y conclusiones

• Los problemas incipentes de contaminación pornitratos en el acuífero del Llano de Inca-Sa Poblahan concienciado a la administración pública delagua de la isla de Mallorca de la necesidad de sus-tituir parte del agua explotada de este acuífero porotra de mejor calidad, especialmente aquella parteque se dedica al abastecimiento urbano.

• Esta operación de sustitución de recursos preten-de utilizar agua del acuífero de Crestatx, que seobtendría aumentando la explotación actual dedicho acuífero. Para hacer esta gestión sostenible,el acuífero de Crestatx debe ser previamenterecargado artificialmente, para lo cual se pretendeutilizar agua procedente de las descargas de lasfuentes “Ufanes de Gabellí”.

• Las fuentes Ufanes de Gabellí conforman la des-carga natural de la masa de agua subterráneadenominada “Ufanes”. Su funcionamiento es típi-camente kárstico, respondiendo rápidamente anteimportantes precipitaciones y proporcionando ele-vados caudales en pocos días. Como media, exis-ten entre 6 y 7 eventos de descarga anuales y loscaudales medios anuales drenados por las fuen-tes, a tenor del análisis de los datos de la estaciónde aforos que mide los caudales circulantes por eltorrente de San Miguel, aguas debajo de las ufa-nes, son de unos 16 hm3/año, lo que proporcionacaudal suficiente para las operaciones de recargaartificial.

• Como condicionante para el cálculo de exceden-tes, es necesario rechazar todos aquellos caudalescuyo contenido en sólidos en suspensión sea talque induzca problemas de colmatación en las ins-talaciones de recarga. Por ello, se ha truncado laserie de caudales poniendo como límite el conte-nido en sólidos en suspensión. De esta manera,los caudales disponbles disminuyen hasta algomenos de 6 hm3/año, pero aún así siguen siendosuficientes para plantear la recarga artificial.

• La planta de recarga propuesta estaría compuestapor los siguientes elementos: un embalse previode regulación de caudales, el cual está previsto

Figura 8. Evolución piezométrica en el sondeo de recarga bajo la hipótesis planteadaFigure 8. Piezometric evolution in the recharge borehole under the considered conditions


que sea la cantera abandonada de S’aigua, previoslos trabajos de acondicionamiento que sean nece-sarios; un elemento de decantación, que se hadiseñado en forma de humedal artificial para inte-grarlo en el entorno y disminuir los impactosmedioambientales y sociales negativos; y un son-deo de recarga capaz de inyectar en el acuífero uncaudal de 100 l/s.

• Los resultados obtenidos indican que el total dedías al año en los que es posible efectuar la recar-ga de 100 l/s, varía entre un mínimo de 17 días yun máximo de 216. El volumen inyectado al cabode 15 años de funcionamiento teórico simulado hasido de 14,81 hm³, lo que supone una media anualde 0,98 hm³/año. El volumen de bombeos de lim-pieza sería de 4,48 hm³, lo que supone un prome-dio anual de 0,32 hm³/año.

• El análisis de la capacidad de regulación del siste-ma muestra que el volumen regulado es de 1,14hm³/año, la garantía de suministro del recurso enla planta de inyección del 36,4 % y los días de fun-cionamiento al año 133.

Agradecimientos

El presente artículo constituye una síntesis de los tra-bajos contemplados en el convenio de colaboraciónen materia de aguas subterráneas subscrito entre elIGME y la dirección General de Recursos Hídricos delGobierno Balear. Los autores desean agradecer a D.Alfredo Barón, Cap de Servei d’Estudis i Planificacióde la Dirección General de Recursos Hídricos de laConselleria de Medi Ambient del Govern de les IllesBalears, por el asesoramiento que les ha prestado alo largo de la realización del trabajo, que ha dado ori-gen al presente artículo. Asimismo quieren agradecerel apoyo logístico que les ha prestado Rosa MaríaMateos y José Maria García López de la oficina delInstituto Geológico y Minero en Palma de Mallorca.

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Recibido: agosto 2009Revisado: septiembre 2009Aceptado: septiembre 2009Publicado: octubre 2009



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